1

Přednáška III.

Exogenní sílyklíčová slova: působení exogenních činitelů, stratigrafie, vrstva a

souvrství, stratigrafická geologie, strukturní a tektonická geologie.

2

Endogenní a exogenní síly(opakování)

• Endogenní (vnitřní) síly vznikají v nitru Země a projevují se například při pochodech vulkanických, diastrofických a jiných pohybech zemské kůry. K endogenní dynamice patří především nauka o vystupování magmatu do zemské kůry a na zemský povrch a o sopečných jevech.

• Exogenní(vnější) síly se projevují účinky slunečních paprsků, vody ledu a mrazu, vzduchu a větru a účinky organizmů včetně člověka. Působení těchto činitelů bývá často zesilováno gravitací.

3

• Exogenní (vnější síly) působí na litosféru prostřednictvím vnějších zemských obalů, což jsou biosféra, hydrosféra a atmosféra.

Zdroje energie exogenních sil jsou:1. působení přitažlivých sil mezi Zemí, Sluncem a Měsícem, event. dalšími tělesy - Jupiter (např. slapové jevy - příliv a odliv).

2. působení tepelné a světelné energie Slunce, které způsobuje stálý oběh vody, zvětrávání, pohyb vzduchových mas, změny klimatu a život organismů.

3. gravitace, jejíž projevem je volný pád, eroze, usazování

• Působením exogenních sil na litosféru dochází k rozrušováníhornin, jejich transportu a následnému nahromadění a sedimentaci(sedimentární cyklus).

4

1. vzájemné působení planet - princip přílivu a odlivu:

• Země spolu s Měsícem obíhají okolo společného těžiště. Protožehmotnost Měsíce dosahuje jen 1/81 hmotnosti Země, leží těžištěsoustavy Země-Měsíc 4 800 km od středu Země, (uvnitř zemského tělesa). Při oběhu Země kolem tohoto těžiště vzniká odstředivá síla.

• Na straně Země obrácené k Měsíci je přitažlivá síla Měsíce větší nežodstředivá. Tam vzniká výduť - příliv. Na straně Země odvrácené od Měsíce je větší síla odstředivá, proto i tam nastává příliv. Existujítedy dvě přílivové výdutě na protilehlých stranách Země. Mezi nimi je oblast odlivu.

• V každém místě příbojovéčáry nastává dvakrát denně příliv a odliv.

5

Obr. 1, 2: Princip slapových sil

Obr. 3: Znázornění skokového a hluchého přílivu

Zdroj: www./mfweb.wz.cz/

6

2. působení světelné a tepelné energie Slunce• hlavními projevy působení Slunce jsou:

a. globální koloběh vody:

• Slunce ohřívá vodu v oceánech - vypařování ve formě vodní páry - v atmosféře nižší teplota způsobí kondenzaci vodní páry a přeměnu do formy oblaků - vzdušné proudy dále ženou oblaka nad zemí -částice vody tvořící oblaky se srážejí a vypadávají z oblohy jako srážky -některé srážky padají jako sníh - v teplejším klimatu sníh postupnětaje a voda vytváří celoplošný odtok z tajícího sněhu - většina srážek padá zpět do oceánů nebo na pevninu, odkud díky zemské tíži jako povrchová voda odtéká - povrchový odtok a prosakující podzemnívoda se hromadí v jezerech a řekách –část srážek se vsakuje do půdy - mělká podzemní voda je vytahována kořeny rostlin a odpařována povrchem listů do atmosféry -část podzemní vody prosakuje hlouběji a obohacuje zvodně – odsud vyvěrá prameny na povrch a opět dotuje moře a oceány.

7Obr. 4: Schéma globálního koloběhu vody. Zdroj: www.ga.water.usgs.gov

8

b. zvětrávání:

• rozpad a rozklad hornin na povrchu zemské kůry vlivem povrchových činitelů. Rozeznáváme zvětrávání fyzikální, mechanické, chemické a biologické. Zvětrávání je rovněž prvním půdotvorným procesem.

• zvětrávání závisí na: výchozím složení a struktuře matečné horniny

klimatických poměrech (aridní x humidní k.)

morfologii terénu (sklon, výškové rozdíly)

antropogenních vlivech (kyselé deště, těžba)

9

Zvětrávání je způsobeno:

vsakujícívodou

střídánímteplot

vzduchem kořenyrostlin

mrazem

10Obr. 6: Princip mechanického zvětrávání. Zdroj: www.gpc.edu

• zvětrávání lze podle příčiny rozdělit na fyzikální a chemické:

a. fyzikální (mechanické) - pochod při kterém se původně masivníhornina drobí na různě velké úlomky, ale nemění se její chemickésložení

11

• exfoliace = odlupování slupek či desek horniny podél puklin; pukliny vznikají jako důsledek rozpínání při odlehčení horninového tělesa; cibulovitá stavba horniny

• insolace= pochod při kterém vznikají v hornině trhliny v důsledku objemových změn vyvolaných kolísáním teploty

• mrazové zvětrávání = pochod při kterém dochází k tříštění horniny tlakem způsobeným růstem ledu (ledových krystalů) v pórech a puklinách

• solné zvětrávání = pochod vedoucí k rozpadu horniny tlakem vznikajícím při vysrážení a růstu krystalků solí v pórech a trhlinách horniny

• mechanické působení kořenů rostlin

12

Obr. 7, 8: Exfoliace a mrazové zvětrávání

Zdroj: R. Pokorný

13

Obr. 9: Mechanické rozrušováníkořeny rostlin

Zdroj: www.gpc.edu

14

b. chemické– vede k chemickému rozrušení hornin a zároveň ke změnějejich chemického složení (=vznikají nové chemické sloučeniny). Probíhá několika možnými způsoby:

- rozpouštěním (hydratací)- hydrolýzou- oxidací- působením kyselin

předpoklady chemického zvětrávání:• nerosty se tvořily za odlišných termodynamických podmínek než

jaké panují na zemském povrchu → snaha zvětšit objem, „nakypřit“krystalovou mřížku

• nerosty se dostávají do styku s různými sloučeninami

15

hydratace= dipóly vody jsou přitahovány některým svým koncem k elektricky nabitému iontu na povrchu krystalu a vytváří kolem něj hydratační obal →dochází k narušování krystalové mřížky

• nejrozpustnější jsou chloridy (např. NaCl – halit) a sírany (např. CaSO4.nH2O - sádrovec), méně jsou rozpustné karbonáty (CaCO3 –vápenec, MgCO3 – dolomit), nejméně jsou rozpustné silikáty, takřka nerozpustný je křemen a muskovit

hydrolýza= rozklad minerálů vlivem iontů H+ a OH-

• vodíkové ionty vytlačují z krystalové mřížky jiné prvky; nejsnáze jsou vytlačovány ze silikátů kationty Na, K, Ca, Fe a Mn

CaSO4 + 2H2O = = > CaSO4*2H2O anhydrit sádra

16

oxidace= do trhlin v krystalu vniká kyslík, který se váže na ionty krystalové mřížky

• rychle oxidovány jsou zejména na dvojmocné ionty Fe a Mn (minerály biotit, augit, amfibol, …)

• oxidačně-hydratační přeměna Fe v primárních minerálech vede ke vzniku nových nerostů s hnědou barvou (např. goetit, limonit) –hnědá barva je indikátorem pokročilosti zvětrávání

4Fe + 3O2 = = > 2Fe2O3

působení kyselin• z anorganických kyselin se uplatňuje zejména kyselina uhličitá

(H2CO3), která se vytváří rozpouštěním CO2 ve vodě• k působení H2CO3 jsou náchylné zejména vápence, dolomity a

mramory → výsledkem je vznik krasových jevů

• chemické zvětrávání je zesilováno působením člověka (emise SO2 a NOx, kyselé deště)

17Obr. 10: Princip rozpouštění. Zdroj: www.gpc.edu

18

3. gravitace– eroze, sedimentace

• lat. erodere= nahlodávat• Je to rozrušování půdního povrchu a přemisťování půdní hmoty

především činností:- vody (akvatická)- větru (eolická)- organismů, resp. člověka (biogenní, antropogenní)- dalších faktorů (=gravitace)

• Eroze je přirozený jev, který v krajině probíhal vždy, nicméněčinnostíčlověka je často jeho působení znásobeno a prohloubeno. V přirozené krajině eroze nepůsobí jen negativně, ale má i pozitivnívýznam (krajinotvorný činitel, denudace terénu, tvorba půdního profilu v nížinách a stepích…)

19

Eroze probíhá ve třech fázích:

1. uvolňováníčástic půdní hmoty kinetickou energií dopadajících dešťových kapek nebo kinetickou energií větru (destrukční účinek vody nebo větru na půdní povrch)

2. transport částic (vodou, větrem, příp. ledovci)

3. ukládání materiálu při snížení energie pod úroveň potřebnou k transportu částic

20

Druhy eroze:-vodní- vyvolána vlivem kinetické energie dešťových srážek a

mechanickou silou povrchově stékající vody

-větrná- rozrušování půdní hmoty kinetickou energií větru

-ledovcová- ve velehorách a polárních oblastech, působí ji ledovec vlivem svého stékání, charakteristické jsou morény

-sněhová- vzniká pohybem sněhu ve formě lavin při velkých tlacích a rychlostech sněhu

-zemní- erozníčinnost suťových proudů, vznikají hluboké rýhy

- antropogenní- vzniká v důsledku stavby komunikací, intenzifikace zemědělství, urbanizace, dalších činností (těžba…)

21

Obr. 12: Sněhová eroze (lavina)

Zdroj: www.cs.umd.edu

Obr. 11: Lahar (bahnotok)

Zdroj: www.earlham.edu

22

Geologickáčinnost vody:

• Rušivá:

mechanická eroze –koraze; eroze chemická (př. rozpouštěníhornin – vápenců) – koroze; vymílání hornin krouživými pohyby – evorze; je-li skalní podklad porušován plošně – abraze

•Přenosná:

Voda přenáší zvětraliny především prostřednictvím proudícívody. V horníčásti toku se jedná o balvany, které jsou vlečeny po dně. Ve středníčásti jsou unášeny menšíčástice a rychlost toku se mírní, jedná se o pohyb skokem. Ve spodníčásti, kde tok je pomalý, unášecí schopnost malá, jsou transportovány již jen nejmenšíčástečky v podobě suspenze.

•Tvořivá:

Projevuje se na změnách morfologie území (údolí, říční terasy) a při vzniku nových usazených - sedimentárních hornin.

23Obr. 13 – 15: Příklady vodní eroze (stržová, rýhová a výmolová eroze) (zdroj: VÚMOP Praha, FAO)

24Obr. 16 – 17: Lavaka v lateritech Madagaskaru. Vpravo erozní stržAnkarokaroka. Zdroj: R. Pokorný

25

Obr. 18: Evorze

Zdroj: www.upol.cz

26Obr. 19: Abraze Zdroj: www.upol.cz

27

Obr. 20: Krasový georeliéf „tsingy“ na Madagaskaru Zdroj: R. Pokorný

28

Obr. 21: Krasový georeliéf „tsingy“ na Madagaskaru Zdroj: R. Pokorný

29

Geologickáčinnost ledovce:

• Rušivá:

Brázdění – exarace; odlamování –detrakce; obrušování –deterze(ledovcová abraze, ledovcové ohlazy).

•Přenosná:

Přenosným činitelem je říční a ledovcový led. Ledové kry plovoucí v řekách obsahují v sobě kameny, úlomky rostlin apod. Vysokohorské ledovce přenáší na povrchu, uvnitř, či na bázi úlomky hornin. Pevninské ledovce, které ve velkém rozsahu pokrývají pevniny, přepravují horninovou drť jen na své spodině.

•Tvořivá:

Uloženiny ledovcového (glaciálního)původu se nazývajímorénya jsou vždy nevytříděné. Skládají se z chaoticky nakupených různě velkých úlomků hornin. Společný název jetill a jejich zpevněním vznikajítillity .

30Obr. 22: Rušiváčinnost ledovce Zdroj: www.geol_bonn.de

31Obr. 23: Ledovcové ohlazy v Mlynické dolině, Tatry

Zdroj: R. Pokorný

32

Obr. 24: Ledovcové údolí – trog. Mlynická dolina, Tatry Zdroj: R. Pokorný

33

Moréna:

• geomorfologický útvar vznikající při pohybu ledovce

• je tvořena tilly, případně tillity

• rozlišujeme čelní (přední), boční, střední, spodní(bazální) a koncové(terminální) morény

34

Obr. 27 - 28: Čelní moréna, Vyšné

Wahlenbergovo pleso, Tatry

Zdroj: R. Pokorný

35

Geologickáčinnost větru:

• Rušivá:

Odvívání -deflace; obrušování větrem - větrná koraze (větrnáabraze).

•Přenosná:

Transport hmot větrem narozdíl od vody je více nežli gravitacípodmíněna silou větru. Ta je mnohem menší než síla vody, proto jsou větrem dopravovány jen drobné prachové úlomky hornin. Větší fragmenty jsou posunovány nebo kutáleny po zemském povrchu jen při velmi silném větrném proudění.

•Tvořivá:

Větrné (eolické)uloženiny jsou zpravidla jemnozrnné. Typickým představitelem jsou duny. Písečné uloženiny mají diagonálnínebo křížové zvrstvení. Jemný nerostný prach se ukládásamostatně a dále než písek a nazývá se spraš.

36

Obr. 29: Písečné přesypy (barchany) v Turkmenistánu

Zdroj: www.horydoly.cz

Obr. 30: Písečné duny, severníTunisko

Zdroj: R. Pokorný

37

Stratigrafie (stratigrafická geologie)

38

• geologická vědní disciplína, která studuje zejména sledy sedimentárních vrstev jejich vztahy a stáří - zajišťuje časoprostorové zhodnocení geologických objektů.

• Úkolem stratigrafie je také stanovovat stratigrafické jednotky pro určitá území, do kterých se jednotlivé vrstevní sledy zařazují. Tyto jednotky jsou vymezeny prostorem, na který jsou omezeny a jejich časovým rozsahem - stratigrafická jednotka je tedy časoprostorová.

• Každá jednotka by měla mít svůj typový profil - stratotyp.

• Stratigrafické jednotky mohou být povrchové (jsou místa kde vystupují na povrch) nebo podpovrchové (tyto jednotky na povrch nevystupují a jako jejich standard se bere vrt).

• Stratigrafická geologie se dělí na dílčí podobory:

39

• Litostratigrafie - zkoumá litologické (makroskopicky pozorovatelné znaky hornin) znaky a na jejich základě

stanovuje litostratigrafické jednotky.

Member T

Member S

Member R

Formation F

Member Q

Member P

Member O

Member N

Formation E

Member M

Member L

Member K

Member J

Member I

Formation D

Group B

Member H

Member GFormation C

Member F

Member E

Member D

Formation B

Member C

Member B

Member A

Formation A

Group A

Supergroup

Nadskupina|

Skupina|

Formace|

Souvrství|

Vrstva

40

Obr. 31: Princip litostratigrafie na příkladě jižní Anglie

Zdroj: www.bgs.ac.uk

Obr. 32: Litostratigrafický profil v lokalitě Grand Canyon

Zdroj: www.bgs.ac.uk

41

• Biostratigrafie - řadí vrstevní sledy do jednotek na základě

výskytu tzv. vůdčích zkamenělin - ty musí být kosmopolitní(rozšířené po celém světě), snadno určitelné, hojné a musí mít krátký časový rozsah).

Obr. 32: Biostratigrafická data na příkladě hranice kambrium/ordovik, resp. prekambrium/kambrium

Zdroj: www.geology.buffalo.edu

Trichophycus pedum

42

Obr. 33: Biostratigrafické schéma na příkladě foraminifer rodu Robulus

Zdroj: http://www.winona.edu

43

• Chronostratigrafie - zkoumá a řadí horninové jednotky na základě jejich relativního stáří. Je tedy také vztažena k horninovým jednotkám narozdíl od geochronologie, kterávymezuje etapy ve vývoji Země v "absolutním" čase.

Obr. 34: Chronostratigrafickýblokdiagram pro K/T sedimenty s. pobřeží Aljašky

Zdroj: strata.geol.sc.edu

44

Obr. 35, 36: Generalizovanéschéma relativního stáří hornin

Zdroj: http://www.winona.edu

45

• Magnetostratigrafie- měří polaritu magnetického pole Zeměuchovanou v horninách (polarita magnetického pole se v určitých časových úsecích měnila).

Obr. 37, 38: Magnetostratigrafická tabulka pro poslední 4 mld let

Zdroj: www.brevard.edu

46Obr. 39: Mezinárodní stratotyp silur/devon na lokalitě Klonk u Suchomast

Zdroj: www.paleo.gweb.cz

47

• Stratigrafie pracuje především se sedimentárními horninami a v rámci nich s jednotlivými vrstvami.

• Vrstva - plošně rozlehlé deskovité těleso vzniklé ukládáním stejného materiálu za neměnných sedimentačních podmínek v určitém čase.

• Při definování sedimentárních hornin hovoříme o jejich vrstevnatosti a zvrstvení:

• Vrstevnatost – vlastnost typická především pro sedimenty, charakterizuje jejich ukládání ve vrstvách.

• Zvrstvení - charakter vrstevnatosti, rozlišujeme z. rovnoběžné, šikmé, křížové gradační.

48

• Každá vrstva je omezena dvěma vrstevními plochami, spodníneboli podložní a svrchní neboli nadložní (též stropovou) plochou.

• Síla vrstvy se v geologii nazývámocnost, což je kolmávzdálenost mezi vrstevními plochami.

< 1 cm laminovaná

1 - 25 cm deskovitá

25 cm lavicovitá

• proplástek - tenká vrstva jalové horniny uprostřed užitkovésuroviny

• směr vrstvy - průsečnice vodorovné roviny s ukloněnou vrstevní plochou

• sklon vrstvy - úhel svírající spádnice s vodorovnou rovinou

49

Obr. 40: Mocnost vrstev

Zdroj: www.geotech.fce.vutbr.cz

50

• Mezery, jež teoreticky předpokládáme mezi jednotlivými vrstvami se nazývajívrstevními spárami. Leží-li nad sebou řada vrstev stejné petrografické povahy, tvoří tyto vrstvy dohromady tzv. souvrství.

• Pořadí vrstev, jak souvrství za sebou následuje, se nazývávrstevní sled.

• Souvrství bývají od sebe oddělena buď tak, že vrstvy jednoho souvrství plynule přecházejí do druhého nebo je mezi nimi ostrérozhraní. Plynulý předěl se označuje jako uloženíkonkordantní .Pokud je mezi souvrstvími zjevná ostrá hranice, jde o diskordantní uložení. To vzniká v případě, že dojde k přerušenísedimentace.

- úhlová diskordance

- hiát

51

Obr. 41, 42: Konkordantní a diskordantní

uložení vrstev

Zdroj: www.geotech.fce.vutbr.cz

52

Obr. 43: Úhlová diskordance

Zdroj: http://www.winona.edu

53

Obr. 44: Úhlová diskordance

Zdroj: http://www.winona.edu

54

Obr. 45, 46: Úhlová diskordance

Zdroj: http://www.winona.edu

55

Obr. 47: Stratigrafický hiát

Zdroj: http://www.winona.edu

56

Obr. 48: Stratigrafický hiát

Zdroj: http://www.winona.edu

57

Stratigrafické zákony (principy)

Pro ukládání jednotlivých vrstev platí :

1. Princip primární horizontality

2. Zákon superpozice (navrstvení)

3. Zákon horizontální kontinuity

4. Zákon pravé a levé strany zlomu

5. Princip inkluzí

6. Princip stejných zkamenělin a evoluční sukcese

7. Waltherův zákon

58

1. Princip primární horizontality

sedimentární horniny vždy vznikaly v podobě horizontálních vrstev

59

2. Princip superpozice

vrstvy uložené nejníže jsou nejstarší

Youngest Strata

Oldest Strata

60

3. Zákon horizontální kontinuityv rámci témže sedimentární pánve lze sledovat průběh vrstev

61

4. Zákon pravé a levé strany zlomuobě strany mají totožný průběh, jen vůči sobě vertikálněposunutý

62

5. Princip inkluzíinkluze pochází vždy z materiálu starší vrstvy, navíc vypovídajío změně sedimentačních podmínek

63

6. Princip stejných zkamenělin a evoluční sukcese každá vrstva obsahuje specifické fosilie, rozlišitelné na obdobných lokalitách téhož stáří

64

7. Waltherův zákonkoncept sedimentárních facií vypovídá o mořských transgresích a regresích

65

Mořská transgrese = hladina moře stoupá

Mořská regrese = hladina moře klesá

Vápenec Břidlice Prachovec Pískovec

Útes Laguna Mělký šelf Pláž

Prostředí

Facie

66

Mořská transgrese

Waltherův zákon

67

Mořská regrese

Waltherův zákon

68

69

Stratigrafie – k čemu to všechno???

70

Korelace sedimentárních vrstev na příkladě Colorado Plateau

71

Tektonika

• Vrstvy při sedimentaci se zpravidla ukládají vodorovně.

• Napětími a tlaky v zemské kůře dochází k různému deformování vrstev, jako je zvlnění, zprohýbání, rozpukání a přetržení.

• Tyto změny nazýváme poruchami neboli dislokacemi v širším slova smyslu. Těmito dislokacemi se stává stavba zemské kůry velmi složitou.

• Tektonika, neboli tektonická geologie, je odvětví všeobecnégeologie, které se zabývá popisem těchto poruch a snaží se vysvětlit příčinu jejich vzniku.

• Poruchy (dislokace) vznikly v kůře zemské dvěma druhy sil. Tangenciálními, jež se projevují postranním stlačením vrstev, a silami radiálními , které působí ve smyslu zemské přitažlivosti.

72

V praxi mohou nastat dva základní případy:

a. vrstva je deformována tak, že se její souvislost nepřeruší, cožse děje různým zvlněním nebo zprohýbáním vrstvy. Nastávádeformace plastická.

b. souvislost vrstev přerušena je narušena tím, že ve vrstvách vznikají pukliny, podle nichž nastávají pohyby. Vrstvy pak bývají přetrženy – vznikádeformace rupturní (zlomová).

• Horstva a údolí jsou tvořena oběma typy deformací. Nejvíce patrné jsou v sedimentárních horninách. Mohou se však tvořit i v hlubinných horninách, např. v žule a gabru.

• Tangenciální síly, které přesunovaly celé vrstevní soubory podle vodorovných, nebo mírně skloněných dislokačních ploch, často na značnou vzdálenost, daly vzniknout mohutným příkrovům (Alpy).

73

Obr. 36. Poruchy zemské kůrya. radiální:

- plastické:

1 ohyb (flexura),

- rupturní:

2 pokles, 3 příkopová propadlina (prolom), 4 hrásť

b. tangenciální:

- plastické:

vrása: 5 přímá, 6 šikmá, 7 překocená, 8 ležatá, 9 ponořená,

- rupturní:

Přesmyk a pokles: 10 kerný, 11 vrásový, 12 vrásový příkrov

74

Obr. 70: Vznik poklesu z flexury

Zdroj: www.geotech.fce.vutbr.cz

75

• Základní deformací plastického charakteru je vrása. Na vráse je možné definovat její délku, nahoru vyklenutou část antiklinálu a sedlovitě prohnutou část synklinálu.

Obr. 71: Popis vrásy

Zdroj: www.geotech.fce.vutbr.cz

76

• Základní deformací rupturního charakteru je pokles a přesmyk. Při poklesu se nadložní kra pohybuje po úklonu zlomové plochy, při přesmyku se nadložní kra pohybuje proti úklonu zlomovéplochy.

Obr. 72, 73: Pokles, přesmyk

Zdroj: www.geotech.fce.vutbr.cz